기체발생량 기반 부숙도 측정 장치 개발을 위한 NDIR 센서 모듈 제작

Development of maturity measurement device based on gas generation(CO2, NH3) by NDIR sensor module

본 연구는 비분산 적외선(NDIR)센서를 기반한 휴대용 가축분퇴비 부숙도 측정 장치를 개발을 목적으로 하고 있다. NDIR센서 모듈 제작을 위해 적외선 흡스 스펙트럼 및 광학 필터 선발하였다. 수분의 흡수파장은 3, 4.2~4.4, 5~7㎛ 대역에서 흡수되고 있으며 동일 파장 대역에 이산화탄소, 암모니아 또한 흡수스펙트럼이 나타났다. 이산화탄소의 경우 4.4㎛대역, 암모니아는 10.6㎛대역에서 수분에 의한 간섭이 없는 흡수 영역을 찾을 수 있었다. 필터 4종(H2O, Ref, CO2, NH3)을 장착한 NDIR센서의 농도에 따른 신호를 측정한 결과 다른 기체와 수분에 의한 간섭의 영향을 평가하기 위해서 필터를 고정하고 대기(H2O, CO2 포함), CO2 5,000ppm, NH3 1,000ppm의 가스를 흘렸을 때의 각 필터에서 타 가스의 간섭영향을 평가하여필터 선정의 적정성을 확인하였다. CO2 필터를 고정한 상태에서 3종류의 가스를 넣었을 때의 신호로서대기 air를 공급하면 대기 중에 존재하는 CO2의 의해서 신호가 상승함을 확인할 수 있었으며 NH3의 가스에 대해서는 반응이 없음을 확인하였다. NH3 필터를 고정한 상태에서 3종류의 가스를 넣었을 때의 신호로서 대기 Air에 포함된 CO2와 H2O의 가스에 NH3 필터에서의 신호가 거의 반응하지 않음을 통해서NH3 필터가 적절하게 선정되었음을 확인하였다. 측정 센서의 구성은 적외선 광원, 측정셀, 밴드패스 필터, 적외선 검출기를 포함하여야 하며 센서로서 반복성 및 직선성이 있어야 하며, 시료 측정 기밀 챔버개폐시 발생하는 온도 변화에도 측정의 오차가 최소화할 수 있는 온도측정 센서와 보정 기능을 있어야할 것으로 판단된다. 이산화탄소 암모니아 기체를 동일 센서로 측정가능 하기 위하여 분광에 사용되는필터는 휠을 이용한 초퍼 방식으로 설계 제작하였다. 부숙도 측정을 위한 NDIR 측정기의 교정 곡선을개발하기 위해 가스 주입 농도를 기준으로 교정 곡선을 개발하였다. 교정곡선은 가스 주입에 따른 전기적인 신호가 비선형적으로 출력됨에 따라 주입농도에 따른 전기적인 신호를 이용하여 직선화가 될 수있도록 소프트웨어적으로 수식을 적용하여 최종 부숙도 측정장치에 적용하였다.